葛巖 杜冬冬
摘? 要:介紹一例船上典型的鍋爐點(diǎn)火故障,通過排查分析出故障原因是,由扎克燃燒器控制程序(PLC)中電子元器件的老化致使點(diǎn)火信號(hào)產(chǎn)生了時(shí)間變化,從而導(dǎo)致鍋爐點(diǎn)火反復(fù)失敗,為船舶輪機(jī)員解決類似燃燒器問題提供參考。
關(guān)鍵詞:燃燒器;故障排除;點(diǎn)火失敗;控制程序
在船舶設(shè)備中,“四機(jī)一爐”對(duì)于航行安全的重要性不言而喻。鍋爐如果經(jīng)常發(fā)生故障,不但影響船舶的正常營運(yùn),還影響外部檢查,甚至影響船舶相關(guān)證書的簽發(fā)。尤其在一些老舊船當(dāng)中,船舶鍋爐故障率明顯高于其他設(shè)備,筆者在船期間就曾遇到這樣的一個(gè)故障,比較有代表性。
1 扎克鍋爐結(jié)構(gòu)與工作原理
該輪為2011年投入運(yùn)行的遠(yuǎn)洋散貨船,機(jī)艙等級(jí)為AUTO-0。船舶鍋爐為燃油與廢氣組合式鍋爐,其燃燒器為德國扎克SAACKE SKVJ-M18單旋杯燃燒器,具體結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1所示[1]。轉(zhuǎn)杯罩6、轉(zhuǎn)杯7、一次風(fēng)葉輪12及螺旋狀導(dǎo)風(fēng)環(huán)3l在霧化電機(jī)28的驅(qū)動(dòng)下高速逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。燃油通過燃油分配環(huán)33進(jìn)入轉(zhuǎn)杯并沿轉(zhuǎn)杯外表面的噴射孔34噴入轉(zhuǎn)杯罩與轉(zhuǎn)杯之間的間隙。由于杯罩、轉(zhuǎn)杯的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及轉(zhuǎn)杯的喇叭形形狀,使燃油形成一層均勻的薄膜,從轉(zhuǎn)杯的邊緣徑向外擴(kuò)散。一次風(fēng)32沿轉(zhuǎn)杯和杯罩間軸向?qū)耄诼菪隣顚?dǎo)風(fēng)環(huán)的作用下高速旋轉(zhuǎn),形成一個(gè)霧化錐。二次風(fēng)10的導(dǎo)入,使燃燒更加充分,三次風(fēng)5高速通過其中間傾斜的葉片,直接切入霧化錐外表面,形成旋轉(zhuǎn)的“穩(wěn)焰”氣流。風(fēng)門在伺服電機(jī)26控制的復(fù)合調(diào)節(jié)器作用下,通過凸輪帶和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),使燃燒器隨油量變化而調(diào)整“風(fēng)門”開度,實(shí)現(xiàn)合理的風(fēng)油比。在導(dǎo)風(fēng)內(nèi)環(huán)上安裝了燃?xì)恻c(diǎn)火器2,燃油由電磁閥控制,在點(diǎn)火期間,電磁閥獲電開啟,與此同時(shí)產(chǎn)生電火花,從而使燃燒器正常點(diǎn)火運(yùn)行。
2 故障現(xiàn)象及初步分析
當(dāng)船舶機(jī)動(dòng)航行或錨泊靠港時(shí),該輪鍋爐一般正常使用MFO(重油)或MGO(輕油)燃料油。但在近期的幾個(gè)航次中屢次出現(xiàn)鍋爐燃用重油點(diǎn)爐時(shí)經(jīng)常點(diǎn)火失敗,出現(xiàn)報(bào)警故障,然而使用輕油時(shí),則點(diǎn)火運(yùn)行正常。由于使用MGO時(shí)點(diǎn)火正常,但使用MFO時(shí)點(diǎn)火失敗,因此可以初步排除鼓風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火器、加熱器、燃油泵、火焰檢測器等方面的原因[2]。故而只能從調(diào)整合理風(fēng)油比、MFO油路清潔及查看油質(zhì)狀況這些角度進(jìn)行初步排查。
2.1 檢查風(fēng)油比是否正常
在燃燒器常見問題中,風(fēng)油比失調(diào)很有可能會(huì)導(dǎo)致燃燒不良甚至點(diǎn)火失敗。為同時(shí)滿足MFO或MGO燃油能夠在自動(dòng)點(diǎn)火(AUTO模式)下均能成功運(yùn)行,提高燃燒“穩(wěn)焰”效果,輪機(jī)員在對(duì)扎克燃燒器進(jìn)行設(shè)置調(diào)整時(shí),通過設(shè)定復(fù)合調(diào)節(jié)器(圖1中25)上的旋轉(zhuǎn)閥來調(diào)整燃燒器的供油量,同時(shí)又不斷調(diào)整凸輪帶形狀和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)來改變配入的風(fēng)量大小。通過改變二三次風(fēng)分配環(huán)(圖1中11)與一次風(fēng)風(fēng)機(jī)間隙量e (預(yù)設(shè)值3 mm),可改變二三次風(fēng)的分配比,從而獲得合適的風(fēng)量。但經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的多次調(diào)整嘗試還是出現(xiàn)輕油點(diǎn)火正常,重油點(diǎn)火失敗的現(xiàn)象。
2.2 檢查油路是否堵塞
MFO由于雜質(zhì)和黏度均高于MGO,所以很容易造成油路堵塞,點(diǎn)火困難[3]。因此,輪機(jī)員一方面根據(jù)MFO的黏溫特性重新設(shè)定重油的輸送溫度和霧化溫度,使重油的輸送黏度達(dá)到合理的數(shù)值,同時(shí)對(duì)重油管路濾器進(jìn)行徹底的清洗并對(duì)噴嘴進(jìn)行更換,以減少油路堵塞;另一方面,由于轉(zhuǎn)杯與杯罩的突出量f決定重油“霧化錐”開度,即開度愈大,不完全燃燒的重油微粒就愈容易黏附到軸向?qū)颦h(huán)和二次風(fēng)導(dǎo)向環(huán)上,也就愈容易形成結(jié)焦,從而不利于正常點(diǎn)火。所以輪機(jī)員也適當(dāng)?shù)販p小了轉(zhuǎn)杯與杯罩的突出量f,減少霧化錐開度。經(jīng)過疏通調(diào)整,雖然一開始達(dá)到了一定的效果,但經(jīng)過一段時(shí)間后,故障依舊出現(xiàn)。
2.3 檢查油質(zhì)是否正常
對(duì)于扎克燃燒器點(diǎn)火故障問題,雖然我們已嚴(yán)格按照說明書的要求進(jìn)行保養(yǎng)、定期更換易損件而不是清洗重復(fù)使用(這在扎克燃燒器INSTRUCTION MANUAL使用手冊(cè)中明確提到:不要清潔噴嘴,要用新的噴嘴)、不厭其煩地調(diào)整風(fēng)油比、調(diào)解突出量,等等,但依舊無法解決問題。于是我們就懷疑是不是之前所加裝的重油油質(zhì)有問題,但當(dāng)我們加強(qiáng)對(duì)MFO凈化分離后仍然無濟(jì)于事,且當(dāng)本輪在下一航次加裝了新的MFO,我們立即嘗試使用新的MFO后,燃燒器依舊無法正常點(diǎn)火,而使用輕油則依然沒問題。
3 故障解決方法
經(jīng)了解,扎克燃燒器在新安裝的初始階段,性能良好,使用正常。但隨著時(shí)間的推移,故障率就會(huì)越來越高,這也是存在于公司其他船上同類產(chǎn)品的“通病”[4]。于是,當(dāng)能想到的方法都嘗試了而故障卻依然存在之后,公司幾乎所有使用同類產(chǎn)品的船舶干脆就不再使用MFO轉(zhuǎn)而直接使用MGO燃料油了,這無疑大大增加了公司的營運(yùn)成本。
為了徹底解決燃燒器無法實(shí)現(xiàn)重油點(diǎn)火這一疑難雜癥,我們排除了上述點(diǎn)火失敗的常規(guī)因素,轉(zhuǎn)而從扎克燃燒器的控制程序(PLC)入手[5]。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火變壓器30—點(diǎn)火閥2—染料閥15、29—故障信號(hào)熄滅脈沖1的時(shí)序和時(shí)長有很大問題。扎克燃燒器在出廠時(shí)準(zhǔn)確點(diǎn)火時(shí)序如圖2所示,但實(shí)際上,在經(jīng)過長時(shí)間的使用后點(diǎn)火變壓器動(dòng)作會(huì)稍稍提前、而點(diǎn)火閥動(dòng)作會(huì)略微滯后。于是,我們把點(diǎn)火變壓器的獲電時(shí)間從原來的2 s延長了1 s,達(dá)到3 s,讓點(diǎn)火變壓器與點(diǎn)火閥的動(dòng)作有了穩(wěn)定的交叉時(shí)間,點(diǎn)火失敗的問題一下子便迎刃而解了。
由圖2我們可以看出,原來的扎克燃燒器的設(shè)計(jì)太過理想化,要求各種部件如點(diǎn)火變壓器和點(diǎn)火閥要瞬間同時(shí)動(dòng)作。但實(shí)際上,因電子元器件的老化,信號(hào)發(fā)出的時(shí)間會(huì)有所變化,點(diǎn)火閥動(dòng)作也會(huì)因油溫或者閥芯卡阻有滯后的可能,這些因素疊加在一起,就有可能出現(xiàn)變壓點(diǎn)火時(shí)間縮短提前結(jié)束,而點(diǎn)火閥噴油遲緩滯后的現(xiàn)象,最終導(dǎo)致重油點(diǎn)火失敗。
4 取得的成效
一是有效地控制營運(yùn)成本。如果用MGO替代MFO,成本會(huì)明顯增加。當(dāng)鍋爐需要使用燃油維持運(yùn)行時(shí),按照1.5 t/d的消耗量,重油和輕油的差價(jià)大約100美金/ t來計(jì)算,公司每天每艘船就能節(jié)約150美金。
二是減少船員的工作量。鍋爐一旦故障,將影響相關(guān)設(shè)備如發(fā)電機(jī)用油、生活所需熱水等。因此,不管白天黑夜,船員都得立即去排查故障,這將增加船員的工作量、心理壓力大。目前,疫情已經(jīng)嚴(yán)重影響船員正常的工作和生活,減少鍋爐故障率,必將減輕船員的工作量、減輕船員的心理壓力,在疫情時(shí)期有特殊的意義。
三是排除外部檢查的隱患。鍋爐的水位保護(hù)、點(diǎn)火火焰保護(hù)等都是PSC檢查的常規(guī)項(xiàng)目,如果鍋爐運(yùn)行不能穩(wěn)定,這本身就是外部檢查中的一個(gè)嚴(yán)重缺陷。最近,PSC檢查形勢非常嚴(yán)峻,鍋爐能平穩(wěn)運(yùn)行,大大減輕了外部檢查的壓力。
5 結(jié) 語
隨著船舶機(jī)艙自動(dòng)化的程度越來越高,當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),所涉及的原因有很多,可能是一種因素導(dǎo)致,也可能是幾種原因相互疊加導(dǎo)致。在對(duì)扎克燃燒器的日常管理使用中,需要對(duì)其故障的處理進(jìn)行全方位的綜合分析,不僅要從機(jī)器設(shè)備的角度上考慮問題,還要學(xué)會(huì)從電子電氣與控制元件等方面多角度分析問題。尤其當(dāng)下AUTO-0的船舶越來越多,這就要求輪機(jī)員不斷提升自身機(jī)電設(shè)備管用養(yǎng)修的能力和水平。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介:
葛巖,海警學(xué)院航海系教師,(E-mail)sameul_du@163.com